[发明专利]一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统及制备方法

权利要求书

1.一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，用于为MEMS惯性传感器的自校准提供参考，其特征在于，包括：

惯性振动平台，其以多方向自由度运动，所述方向与惯性振动平台受到电压激励信号而产生的协同弯曲振动相符；

PMUT阵列，以预设间隔阵列分布在惯性振动平台底面，与惯性振动平台底面键合，所述PMUT阵列包括若干个发射子阵列和若干个接收子阵列，发射子阵列和接收子阵列一一对应，所述发射子阵列及接收子阵列均包括若干个PMUT单管，若干个所述PMUT单管相互连接组成发射子阵列或接收子阵列。

2.如权利要求1所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述惯性振动平台包括衬底Ⅰ、下电极层、压电层Ⅰ、上电极层、隔离层、顶层走线层、中心台面以及四条折叠梁，所述衬底Ⅰ背面设有惯性振动平台运动所需的空腔结构，所述中心台面以及四条折叠梁均设在衬底Ⅰ中，所述中心台面固定安装于衬底Ⅰ中部，所述折叠梁呈对称式分布，所述折叠梁一侧与中心台面的四个侧面连接，另一侧与衬底Ⅰ连接，所述衬底Ⅰ上依次设有下电极层、压电层Ⅰ、上电极层、隔离层以及顶层走线层，所述顶层走线层加工形成与上电极层连接的激励走线以及MEMS惯性传感器的通信走线。

3.如权利要求2所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述上电极层加工形成四个分区驱动电极，四个所述分区驱动电极分别位于四条折叠梁上，所述隔离层在分区驱动电极的位置设有若干个通孔Ⅰ，所述激励走线通过通孔Ⅰ与上电极层的分区驱动电极连接。

4.如权利要求1所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述PMUT单管包括衬底Ⅱ、底电极层、压电层Ⅱ以及顶电极层，所述底电极层、压电层Ⅱ以及顶电极层依次设置在所述衬底Ⅱ上。

5.如权利要求4所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述PMUT单管包括种子层，所述种子层位于衬底Ⅱ与底电极层之间，种子层的材料与压电层Ⅱ的材料一致。

6.如权利要求5所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述衬底Ⅱ包括顶硅层、埋氧层以及底硅层，所述埋氧层以及顶硅层依次设置在所述底硅层上，所述PMUT单管为圆形振膜结构，所述底硅层上设有圆孔式振动腔。

7.如权利要求6所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述压电层Ⅱ呈圆形且直径等于振动腔的直径，所述顶电极层呈圆形且直径小于所述振动腔的直径。

8.如权利要求7所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述PMUT单管上设有若干个通孔Ⅱ，若干个所述通孔Ⅱ设置在顶电极层与压电层Ⅱ形成的圆环上并位于顶电极层与底硅层之间。

9.如权利要求1所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统，其特征在于，

所述惯性振动平台上设有若干个用于释放竖直运动时产生的压膜阻尼以及水平运动时产生的滑膜阻尼的阻尼槽。

10.如权利要求1至9任一项所述的一种具有运动姿态自测功能的MEMS惯性振动系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底Ⅰ上淀积形成惯性振动平台的下电极层；

在下电极层上淀积形成惯性振动平台的压电层Ⅰ；

在压电层Ⅰ上淀积形成惯性振动平台的上电极层，刻蚀上电极层，形成四个分区驱动电极；

在上电极层上常温生长一层二氧化硅作为隔离层，隔离层在分区驱动电极的位置开设若干个通孔Ⅰ；

在隔离层上淀积形成惯性振动平台的顶层走线层，刻蚀顶层走线层，形成激励走线以及MEMS惯性传感器的通信走线，所述激励走线通过通孔Ⅰ与上电极层连接；

在衬底Ⅰ背面刻蚀形成惯性振动平台运动所需的空腔结构，并从衬底Ⅰ正面刻蚀至底面形成惯性振动平台结构；

在衬底Ⅱ上淀积形成PMUT单管的底电极层；

在底电极层上淀积形成PMUT单管的压电层Ⅱ；

在压电层Ⅱ上淀积形成PMUT单管的顶电极层；

从压电层Ⅱ正面刻蚀到埋氧层，形成通孔Ⅱ；

刻蚀底硅层形成PMUT单管的圆孔式振动腔；

若干个所述PMUT单管相互连接组成PMUT阵列；

将制备完成的惯性振动平台底面与制备完成的PMUT阵列正面对准键合。